Perttu Miettinen VIRKISTYSKYLPYLÄN VESILAITTEIDEN VAIKUTUS ALLASVEDEN HAIHDUNTAAN. Energiatekniikan koulutusohjelma

Transkriptio

1 1 Perttu Miettinen VIRKISTYSKYLPYLÄN VESILAITTEIDEN VAIKUTUS ALLASVEDEN HAIHDUNTAAN Energiatekniikan koulutusohjelma 2009

2 2 ESIPUHE Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia virkistyskylpylän allashuoneesta eri käyttötilanteissa haihtuvaa vesihöyrykuormaa ja ratkaista ns. Daltonin yhtälöstä haihduntakerroin ε. Tässä työssä keskityttiin kylpylän vesilaitteiden, kuten vesiliukumäki, virtaukset, hierontalaitteet ja vesiputoukset, vaikutukseen haihdunnassa. Työ on jatkoa Sami Alastalon Satakunnan ammattikorkeakoulussa vuonna 2006 tekemälle tutkimukselle: uimahallien ilmanvaihdon mitoitusselvitys, jossa tutkittiin edellä mainittuja asioita uimahalleissa vesilaitteiden vaikutusta lukuun ottamatta. Mittaukset suoritettiin Pohjois-Suomessa sijaitsevassa virkistyskylpylässä talvella 2008 ja keväällä Työ oli mielestäni hyvin mielenkiintoinen ja alusta asti oli hyvin selvillä työn tarkoitus ja päämäärä. Työ antoi minulle paljon uutta ja käytännönläheistä tietoa ilmanvaihtojärjestelmistä, kylpylän ilmanvaihdon erityispiirteistä ja ennen kaikkea kylpylöiden ilmanvaihdon ongelmakohdista. Haluan kiittää Esa Sandbergia työn järjestämisestä ja työn tilaajaa Ismo Montosta mittausten järjestämisestä ja todella hyvistä neuvoista tutkimusta tehdessä. Kiitokset myös Aimtec Oy:lle, joka lainasi tutkimusta varten KIMO mittarit. Porissa toukokuussa 2009 Perttu Miettinen

3 VIRKISTYSKYLPYLÄN VESILAITTEIDEN VAIKUTUS ALLASVEDEN HAIHDUNTAAN Miettinen, Perttu Satakunnan ammattikorkeakoulu Tekniikka Pori Energiatekniikan koulutusohjelma Työn teettäjä: Minteol Oy, Ismo Montonen Toukokuu 2009 Työn ohjaaja: Yliopettaja Esa Sandberg UDK: Sivumäärä: 68 Asiasanat: Lämpötila, kosteus, haihdunta Tässä opinnäytetyössä oli tavoitteena selvittää kylpylän allashuoneessa olevien vesilaitteiden aiheuttama kokonaishaihdunta sekä erikseen vesilaiteryhmien aiheuttama haihdunta. Tuloksia verrattiin osittain saksalaiseen VDI mitoitusohjeeseen. Kylpylöiden ja uimahallien ilmanvaihdon ja kosteudenpoiston mitoittamiseksi on tiedettävä allashuoneessa tapahtuva haihdunta, johon vaikuttavat huomattavasti allashuoneen vesilaitteet, kuten vesiliukumäet, virtaukset, hierontalaitteet ja vesiputoukset. Mittauskohteena olevassa virkistyskylpylässä mitattiin allashuoneen poisto- ja tuloilmavirrat ja niiden lämpötilat ja kosteudet. Allashuoneesta mitattiin myös useasta kohtaa ilman lämpötilat ja kosteudet. Mittausten perusteella laskettiin ns. Daltonin kaavasta kokemusperäinen haihduntakerroin ε. Mittaukset suoritettiin 2008 joulukuussa ja 2009 helmikuussa. Tulokset poikkeavat hieman VDI-2089 mitoitusohjeen arvoista, mutta suuntaa antavina arvoina tämän opinnäytetyön tuloksia voidaan pitää. Mittauskohdetta ja sen ilmanvaihtolaitteiston heikkoa toimintaa voidaan pitää syynä poikkeaviin ja epäluotettaviin arvoihin.

4 4 EFFECT OF SPA APPLIANCES ON POOL WATER EVAPORATION Miettinen, Perttu Satakunnan ammattikorkeakoulu, Satakunta University of Applied Sciences Degree Programme in Energy Engineering Comissioned by: Minteol Oy, Ismo Montonen May 2009 Supervisor: Principal Lecturer Esa Sandberg UDC: Number of Pages: 68 Key Words: Temperature, humidity, evaporation The purpose of this thesis was to study the water vapour load from the water appliances in a spa s pool room and the evaporation produced by groups of appliances. The results were partly compared to VDI-2089 instructions for dimensioning. For dimensioning the ventilation and humidity extraction in spas and swimming halls one has to know evaporation of the pool room, which is affected by the pool rooms appliances such as waterslides, flows, massage devices and waterfalls. Supply and exhaust air flows, temperature and humidity were measured in the pool room. Air temperature and humidity were also measured in many places in the pool room. According to measurement results, empirical evaporation coefficient was calculated from the so called Dalton s formula. The measurements were done during December 2008 February The results deviate a bit from the coefficients of VDI-2089 instructions, but the calculated coefficients in this final year thesis can be considered as indicative. The weak functioning of the ventilation of the measured target can be the reason of deviant and unreliable results.

5 5 MERKINNÄT lyhenne selite yksikkö q m Kuivan ilman massavirta k.i./s tai k.i./h q mvh Vesihöyryn massavirta g H 2 O/h tai H 2 O/h q mw Allashuoneesta haihtuva vesihöyry g H 2 O/h tai H 2 O/h q v Ilman tilavuusvirta m /s tai m /h t k Ilman kuivalämpötila C t m Ilman märkälämpötila C P h Vesihöyryn osapaine Pa P hs Kylläisen vesihöyryn osapaine Pa v Ilman nopeus m/s x Ilman absoluuttinen kosteus H 2 O/m x Ilman absoluuttinen kosteus (sekoitussuhde) H 2 O/ k.i. ρ k Ilman tiheys /m φ Ilman suhteellinen kosteus %RH A Pinta-ala m 2 ε Haihduntakerroin g H/m 2 hpah

6 6 ESIPUHE TIIVISTELMÄ ABSTRACT MERKINNÄT SISÄLLYS 1 JOHDANTO KYLPYLÖIDEN JA UIMAHALLIEN ILMANVAIHTO Ilmalämmitys Lämmöntalteenotto poistoilmasta Regeneratiiviset laitteet Lämpöpumppujärjestelmä Rekuperatiiviset laitteet... 1 HAIHTUMINEN Haihdunta ilmiönä Haihdunta kylpylöissä MITTAUSKOHDE MITTAUKSET Ilmavirtamittaukset Kosteusmittaukset Mittarit Mittareiden vertailu Laskelmissa käytetyt kaavat MITTAUSTULOKSET Käytön ajan mittaukset Lepoajan mittaukset...

7 7 6. Ryhmän 1 mittaukset Ryhmän 2 mittaukset Ryhmän mittaukset YHTEENVETO Yhteenveto tuloksista Johtopäätökset... 8 LIITTEET... 41

8 8 1 JOHDANTO Tämä opinnäytetyö on osa Sosiaali- ja terveysministeriön sekä Opetusministeriön rahoittamaa tutkimusta, jossa pyritään selvittämään yhteiset ohjeet kylpylöiden ja uimahallien ilmanvaihdon mitoittamiseksi. Tutkimusta on tehty aikaisemmin uimahallien ilmastoinnin mitoittamisesta sekä uimahallien ja kylpylöiden ilman epäpuhtauksista ja terveysvaikutuksista. Tässä työssä käsitellään kylpylän altaiden aiheuttamaa veden haihduntaa sekä eri haihduntaa aiheuttavien vesilaitteiden vaikutusta kokonaishaihduntaan. Uimahallien ilmastoinnin mitoittamisesta tutkimuksen on vuonna 2006 tehnyt Sami Alastalo. Tämä tutkimus oli myös opinnäytetyö muotoinen ja siinä selvitettiin haihduntakertoimet kahdessa uimahallissa. Käytön aikaiset ja lepoajan tulokset olivat melko lähellä saksalaisen VDI mitoitusohjeen arvoja. (Alastalo, 2006) Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kylpylän allashuoneessa muodostuva vesihöyrykuorma eri tilanteissa. Mittaukset tehtiin kylpylän käytön aikana, yöllä lepoaikana ja yöllä pelkästään eri laiteryhmiä käytettäessä. Tavoitteena oli selvittää laiteryhmien pelkästään aiheuttama haihdunta. Laskelmia varten oli mitattava allashuoneeseen tulevien ja poistuvien ilmavirtojen kuljettamien vesihöyrymäärien erotus, allasveden lämpötila sekä allashuoneen ilman kosteus ja lämpötila. Mittaustulosten perusteella voitiin ratkaista haihduntakerroin ε ns. Daltonin kaavasta (VDI , 6) q mw = ε A P P ) (1) ( hs h q mw on allashuoneesta haihtuvan vesihöyryn määrä gh 2 O/h A on uima-altaan pinta-ala P hs on kylläisen vesihöyryn osapaine allasveden lämpötilassa hpa P h on allashuoneen ilman vesihöyryn osapaine hpa ε on kokemusperäinen haihduntakerroin gh 2 O/m 2 hpah Haihduntakertoimen selvittäminen virkistyskylpylöiden osalta on tarpeellista tulevaisuudessa rakennettavien ja saneerattavien kylpylöiden allashuoneiden ilmanvaihdon

9 9 mitoittamisessa. Oikein mitoitettu ilmanvaihto takaa allashuoneessa oleville ihmisille mahdollisimman terveelliset ja viihtyisät olosuhteet. Tätä tutkimusta ei voida pitää onnistuneena mitattavana olleen kylpylän teknisten ongelmien vuoksi, joten tulevaisuudessa olisi kylpylöidenkin osalta tehtävä lisätutkimuksia. Luotettavan tutkimuksen tekemiseen tarvitaan kylpylä, jossa ilmanvaihto on ajanmukainen ja toimiva. Tässä tutkimuksessa kului liian paljon aikaa kohdekylpylän teknisten ongelmien ratkaisemiseen, eikä lisätutkimuksia voitu tehdä aikataulun ja kylpylän kaukaisen sijainnin vuoksi.

10 10 2 KYLPYLÖIDEN JA UIMAHALLIEN ILMANVAIHTO Kylpylöiden ilmanvaihto poikkeaa tavallisista rakennuksista, koska kylpylöiden ilma on tavallista huoneilmaa lämpimämpää ja kosteampaa. Allashuoneiden ilman lämpötila on noin 0 C ja suhteellinen ilman kosteus on % RH. (Lehtinen ym. 200, 15) Ilmassa on myös terveydelle haitallisia aineita, joiden poistaminen tulee olla tehokasta. Ilman korkean lämpötilan ja kosteuden takia lämmöntalteenotto on erityisen kannattavaa. Kylpylöiden allastilojen ilmastointi on mitoitettava siten, että se poistaa kosteutta märiltä pinnoilta, pitää ilman lämpötilan halutussa arvossa talven lämmityskaudella sekä kesän ylilämpötilanteissa ja poistaa uima-allasvedestä haihtuvat epäpuhtaudet, kuten orgaaniset halogeeniyhdisteet ja bakteerit. (LVI , 6) Ilmanvaihdon suunnittelussa uimareiden terveys ja viihtyvyys on kuitenkin ensimmäinen lähtökohta. Uimarit ovat allashuoneessa vähissä vaatteissa ja heidän ihonsa on märkä, joten viihtyvyystekijät, kuten vedon tunne ja lämpötila, korostuvat. Etenkin ikkunoiden läheisyydessä on yleensä suuret kylmät pinnat ja virtausnopeudet. Ikkunoita pyritään yleensä suojaamaan puhaltamalla niihin ilmaa huurtumisen ja kondensoitumisen estämiseksi. Viihtyvyystekijöiden takia kylpylöiden ilman lämpötila tulisi olla 2- C allasvettä lämpimämpää. Tällöin myös allasveden haihdunta ilmaan pienenee. (Lehtinen ym. 200, 41) Allashuoneessa tavoitteellinen kosteus on % RH viihtyvyystekijöiden vuoksi ja kosteuden rakenteisiin tiivistymisen estämiseksi. (Lehtinen ym. 200,15) Uimahallien ja kylpylöiden eri tilat on osastoitava siten, että tilojen sisäilmat eivät pääse sekoittumaan hallitsemattomasti. Osastoinnin avulla eri tiloissa voidaan pitää oikeita kosteus- ja lämpötila-arvoja, jolloin eri tiloissa on sen käyttötarkoitukseen nähden hyvät olosuhteet. Periaatteena on, että ilma liikkuu aina kuivista tiloista kosteampiin tiloihin eli allashuoneen tulisi aina olla alipaineinen muihin tiloihin ja ulkoilmaan nähden. (Lehtinen ym. 200,51)

11 Ilmalämmitys Tavallisesti uimahallit ja kylpylät lämmitetään ilmalämmityksellä, vaikka se ei ole viihtyisyyden kannalta paras ratkaisu vetoisuuden takia. Kokonaistaloudeltaan se on kuitenkin kannattavin, koska kylpylöissä vaaditaan kosteudenhallinnan takia suuria ilmavirtoja. Patterilämmitys ei ole vaihtoehto korroosion takia, mutta lattialämmitys on viihtyvyyden kannalta hyvä ratkaisu. (LVI , 2) Ilmalämmityksen avulla voidaan helposti siirtää rakennuksen sisäisiä ja ulkoisten tekijöiden aiheuttamia lämpökuormia, kuten auringon säteilyn aiheuttamaa ylilämpöä. Varsinkin kesäaikaan kylpylöiden allashuoneisiin tulee auringon säteilyä suurten ikkunapintojen takia. Ilmalämmityspatteri toimii myös alhaisemmalla primäärienenergian lämpötiloilla, joten siinä voidaan hyödyntää matalalämpötilaisia lämmönlähteitä. Kylpylöissä ilmalämmityskoneen aiheuttama melu ei ole niin haitallista kuin esimerkiksi asuintiloissa. (Seppänen ym. 2004, 157) 2.2 Lämmöntalteenotto poistoilmasta Lämmöntalteenotto on erityisen kannattavaa uimahalleissa ja kylpylöissä, joiden allastilojen sisälämpötila ja ilman kosteus ovat suuria. Tällöin lämpötilaero lämpöä luovuttavan ja vastaanottavan virran välillä on suuri. Ilmalämmitteisessä tilassa suuri osa ilmasta kierrätetään takaisin ilmanvaihtokoneeseen poistoilman mukana, joten lämmöntalteenotto on helppo rakentaa tehokkaaksi. (Seppänen ym. 2004, 188) Tavallisesti kylpylöiden allashuoneiden sisälämpötila käytön aikana on noin 0 C ja ilman suhteellinen kosteus noin 60 % RH, jolloin ilman entalpia on 70 kj/ k.i., joten ero tavalliseen asuinhuoneistoon on merkittävä. (Mollier (i-x)-hx-diagrammi) Poistoilman lämmöntalteenottojärjestelmät jaetaan regeneratiivisiin ja rekuperativisiin järjestelmiin, mutta lämpöpumppuja voidaan myös käyttää lämmöntalteenottolitteena. Rekuperatiivinen järjestelmä siirtää lämmön suoraan poistoilmasta tuloilmaan ilmavirrat erottavien levyjen lävitse. Regeneratiivisessä järjestelmässä lämpö siirtyy lämpöä varaavien massojen välillä jäähtyessä ja lämmetessä tulo- ja poistoilmavirrassa. (Seppänen ym. 2004, 188)

12 Regeneratiiviset laitteet Pyörivä lämmöntalteenottolaite on regeneratiivinen lämmönsiirrin. Sen tulo- ja poistoilmavirtojen välillä pyörivä kiekko varaa lämpöä poistoilmasta ja siirtää sen tuloilmaan. Pyörivä lämmönsiirrin poikkeaa rekuperatiivisistä laitteista siten, että se siirtää ilmavirtojen välillä kosteutta ja muita aineita, joten sitä ei voida käyttää puhtautta vaativissa tiloissa. Pyörivän kiekon materiaalilla voidaan vaikuttaa lämmönsiirtimen ominaisuuksiin. Kiekko voidaan esimerkiksi tehdä materiaalista, joka ei absorpoi kosteutta. Pyörivällä lämmöntalteenottolaitteella voidaan saavuttaa 80 % hyötysuhde ja sitä voidaan säätää kiekon pyörimisnopeutta muuttamalla. (Seppänen ym. 1996, 288) Virtausta vaihtava järjestelmä on myös regeneratiivinen lämpöä varaava järjestelmä. Järjestelmässä on kaksi kiinteää massaa, jotka vuorotellen lämpenevät ja jäähtyvät. Poisto- ja tuloilma johdetaan vuorotellen eri massoihin sulkupeltien avulla, jolloin toiminta saadaan jatkuvaksi. Myös massoja voidaan liikuttaa ilmavirtojen välillä. Hyötysuhde riippuu jakson pituudesta ja mahdollisimman lyhyellä jaksolla hyötysuhde on jopa 80 %. (Seppänen ym. 1996, 289) Lämpöpumppujärjestelmä Lämpöpumppuja voidaan käyttää lämmöntalteenotossa. Poistoilmavirtaan sijoitetaan höyrystin ja tuloilmavirtaan tai muuhun lämmönkäyttökohteeseen sijoitetaan lauhdutin. Lauhduttimen lämpötila voidaan nostaa jopa 40 C:een, jolloin lämpöä voidaan käyttää tuloilman lämmityksen lisäksi myös muuhun käyttökohteeseen. Käyttökohteita voi olla esimerkiksi käyttöveden lämmitys ja lämmityspiiri. Lämpöpumppujärjestelmä on tämän vuoksi erityisen toimiva rakennuksissa, joissa ei ole koneellista tuloilmajärjestelmää. Järjestelmää voidaan käyttää jäähdytykseen ja se voidaan asentaa saneerauskohteisiin ilman ilmanvaihtojärjestelmän uusimista. Ulkoilman lämpötilaan verrattuna hyötysuhde on yli 100 %, mutta lämpöpumppujärjestelmän tehok-

13 1 kuutta tarkastellaan lämpökertoimen avulla, joka on saadun lämpötehon ja käytetyn sähkötehon suhde. (Seppänen ym. 1996, 290) 2.2. Rekuperatiiviset laitteet Suorissa rekuperatiivisissä lämmönsiirtimissä lämpöenergia siirtyy ilmavirtojen välillä risti-, myötä- tai vastavirtauksessa. Lämpöteknisesti paras vaihtoehto on vastavirtaus, mutta käytännön syistä ristivirtaus on yleisimmin käytetty. Levylämmönsiirrin toimii ristivirtauksella, jossa tulo- ja poistoilmavirrat kulkee ristiin lamellien välitse ja joiden lävitse lämpö siirtyy kylmään tuloilmaan. Lämpötilahyötysuhde on % ilmavirran mukaan. Se on suosittu toimintavarmuuden, yksinkertaisen rakenteen ja hinnan vuoksi. Levylämmönsiirtimessä ilmankosteus ja ilman epäpuhtaudet eivät siirry poistoilmasta tuloilmaan. (Seppänen ym. 1996, 286) Nestekiertoinen lämmöntalteenottolaite on epäsuora rekuperatiivinen lämmönsiirrin, jossa ilmakanavissa on lamellipatterit, joiden välillä lämpö siirtyy putkistoissa kiertävän vesi-etyleeniglykoliseoksen avulla. Lämpötilahyötysuhde on % ja sitä voidaan muuttaa tehon säätämiseksi tai jäätymisen estämiseksi. (Seppänen ym. 1996, 287) Toinen epäsuora rekuperatiivinen lämmönsiirrin on lämpöputkipatteri, jossa nesteputket on korvattu lämpöputkilla ja väliaineena toimii kylmäaine. Kylmäaine lauhtuu ja höyrystyy vuorotellen kylmässä ja lämpimässä patterissa. Lämpötilahyötysuhteeksi saavutetaan %. (Seppänen ym. 1996, 288)

14 14 HAIHTUMINEN Tässä kappaleessa käsitellään veden haihtumisesta ilmiönä sekä sen ilmenemistä ja vaikutuksia kylpylöissä..1 Haihdunta ilmiönä Veden olomuoto riippuu paineesta ja lämpötilasta. Haihtuminen on veden olomuodon muuttumista eli sen muuttumista nesteestä vesihöyryksi. Veden haihtuessa sen hiukkaset (molekyylit tai atomit) siirtyvät vedestä ilmaan. Vesi haihtuu veden ja ilman rajapinnalta. Samalla myös vesihöyryä tiivistyy takaisin vedeksi. Ilmavirta veden yläpuolella kuljettaa vesihöyryä pois, jolloin veden takaisin tiivistyminen on vähäistä. Vesihöyryä sanotaan kylläiseksi, kun haihtuminen ja tiivistyminen ovat yhtä suuria. Tällöin vesi-höyry rajapinnan läpi kulkee yhtä monta molekyyliä molempiin suuntiin. (Koivusalo, ym. www-sivut ) Jos ilmaan yritetään saada lisää vesimolekyylejä, tapahtuu pisaroitumista ja syntyy sumua. (Koski ym. 198, 18) Vesihöyryn ollessa kylläistä, sen suhteellinen kosteus on 100 % RH ja paine on saavuttanut arvon, jota kutsutaan kylläisen vesihöyryn paineeksi. (Lavonen ym. www-sivut ) Haihtumista tapahtuu vain veden pinnalta, niin kauan, kun veden höyrynpaine on ulkoista painetta suurempi. Kun höyrynpaine laskee ulkoisen paineen tasolle, vettä haihtuu nesteen sisällä. Tällöin vesi kiehuu. Ympäristön olosuhteet määräävät kummalla tavalla muuttuminen tapahtuu, mutta kylpylöissä tapahtuu ainoastaan haihtumista. (Koivusalo, ym. www-sivut ) Veden höyrystyminen tai haihtuminen vaatii energiaa. Näihin olomuodon muutoksiin liittyy latentti lämpö. Latentti lämpö kertoo olomuodon muutoksissa vapautuvan tai sitoutuvan energian määrän. (Hautala ym. 2002, 162)

15 15 Ilman kosteudella ilmaistaan kuivan ilman sisältämää vesimäärää eli ilman kosteus on kuivan ilman ja vesihöyryn seos. Ilman kosteudesta puhuttaessa käytetään käsitteitä absoluuttinen kosteus ja suhteellinen kosteus. Absoluuttiselta kosteudella tarkoitetaan ilmassa olevan vesihöyryn massaa tilavuusyksikköä kohden ja se on lähes suoraan verrannollinen vesihöyryn osapaineeseen. Suhteellisella kosteudella kerrotaan kuinka lähellä ilman absoluuttinen kosteus on prosentteina maksimikosteutta eli kylläistä vesihöyryä. Suhteellista kosteutta käytetään yleensä puhuttaessa sisäilman kosteudesta. (Hautala ym. 2002, 220) Talvella ulkoilman absoluuttinen kosteus on pienempi kuin kesällä eli kylmä pakkasilma sisältää vähemmän vettä kuin lämpimämpi ilma kesällä. Suhteellinen kosteus on kuitenkin talvella korkeampi kuin kesällä, koska kylläisen höyryn osapaine on pieni. Talvisin ongelmana on sisätilojen kuivuus, vaikka ulkona suhteellinen kosteus on korkea, sisälle tuotuna saman ilman suhteellinen kosteus on erittäin matala. Syynä tähän on ulko- ja sisälämpötilan suuri ero, koska sisällä kylläisen höyryn osapaine on huomattavasti korkeampi kuin ulkona. Laskelmat kannattaa tämän takia tehdä absoluuttista kosteutta käyttäen, jolloin lämpötilakorjausta ei tarvitse huomioida. (Hautala ym. 2002, 220) Sisätilojen kosteuden tulisi olla mahdollisimman tasainen, sillä liian pieni kosteus aiheuttaa ihmisille hengitystieinfektioita ja liian suuri kosteus aiheuttaa rakenteisiin kosteusvaurioita, kuten sientä ja hometta. Ihanteellinen kosteus tavallisissa rakennuksissa tulisi olla % RH. Kylpylöissä ja vastaavissa tiloissa kosteus on hieman korkeampi. (Hautala ym. 2002, 2).2 Haihdunta kylpylöissä Kylpylöiden allashuoneissa on suuri kosteuden tuotto altaiden ja märkien tilojen vuoksi. Käytön aikana haihdunta on suurempaa kuin yöaikana, koska päivällä tilassa on märkiä ihmisiä, liikettä altaissa ja altaita ympäröivät lattiat kastuvat, jolloin haihdunta lisääntyy. Kylpylöissä haihduntaa uimahalleihin verrattaessa lisäävät vesilaitteet, jotka aiheuttavat veden liikettä ja näin ollen haihduntaa. Haihdunnan määrään

16 16 vaikuttaa allasveden ja sisäilman lämpötilaero ja ilman virtausnopeudet märkien tilojen ja altaiden yläpuolella. Liiallinen haihdunta lisää energiankulutusta, joten allasveden lämpötila tulisi olla 2- C matalampi kuin ilman lämpötilan, jolloin veden haihdunta pienenee. (Lehtinen ym. 200,42) Mahdollisimman korkea reuna lattian ja veden pinnan välillä vähentää haihduntaa, mutta tällöin ilman vaihtuvuus veden pinnalla heikkenee, joka vaikeuttaa uimareiden hengitystä. (Lehtinen ym. 200,42) Haihduntaa voidaan vähentää esimerkiksi allashuoneen ilman vesisisältöä nostamalla, altaiden peittämisellä käyttöajan ulkopuolella tai alentamalla veden lämpötilaa. Vesisisällön nostaminen voi haiheuttaa kosteuden tiivistymistä ja heikentää ihmisten viihtyvyyttä. Allaslämpötilan laskemin heikentää myös osaltaan viihtyvyyttä. Ilmankuivainten käytöllä ilmastoinnin energian kulutusta on mahdollista laskea. (LVI , 6) Kylpylän allashuoneessa tavoitteellinen kosteus on % RH. Kylpylöiden kosteustasapaino on hoidettava ilmanvaihdolla. Allashuoneiden vesihöyryn kosteussisältö on aina suurempi kuin ulkoilman ja ilman kosteussisältö on huomattavasti tavallisen asuinrakennuksen sisäilmaa suurempi. (Lehtinen ym. 200,4) Vesihöyryn lisäksi altaista haihtuu ilmaan ihmisille haitallisia epäpuhtauksia. Epäpuhtaudet siirtyvät ilmaan veden mukana, joten mitä enemmän vettä haihtuu sitä enemmän myös haitallisia aineita. (Uimahallien ja kylpylöiden sisäilmastoa koskevat terveydelliset ohjeet 2007, 11) Kylpylöiden ilmastoinnin mitoittamisessa tärkein tekijä on allasveden haihdunnan suuruus. Mitoittamista varten on kehitetty kokemusperäinen haihduntakerroin ε. Haihduntakerroin ilmoittaa vedestä ilmaan eri tilanteissa haihtuvan maksimi vesihöyrymäärän. Kerroin riippuu altaan käyttöasteesta. Kylpylöiden maksimi kerroin gh 2 O käytön aikana on noin 28. (Uimahallien ja kylpylöiden sisäilmastoa koskevat terveydelliset ohjeet 2007, 12) Lepoajan kerroin on noin 5. (VDI , 2 m hpah 6)

17 17 4 MITTAUSKOHDE Mittaukset tehtiin suomalaisessa virkistyskylpylässä, jonka nimeä ei voida mainita tässä tutkimuksessa. Kylpylä on rakennettu Ilmanvaihtolaitteisto on alkuperäinen, mutta siihen on lisätty erillinen lämmöntalteenottolaitteisto. Lähitulevaisuudessa on suunnitelmissa ilmanvaihtolaitteiden uusiminen. Allashuoneessa on iso allas, kaksi poreallasta ja lastenallas. Altaiden yhteenlaskettu pinta-ala on noin 60 m 2. (kuva 4.1) Allashuoneen pinta-ala on noin 900 m 2 ja tilavuus noin 5100 m. Vesivirkistyslaitteita ovat hieromalaitteet, vesisieni, virtaukset, poreet ja vesiliukumäki. Allashuoneen ilmanvaihtokoneissa ja niiden automatiikassa havaittiin suuria puutteita, jotka vaikeuttivat huomattavasti tutkimuksen tekemistä. Kuva 4.1. Kylpylän allasosasto

18 18 Kylpylän allashuoneen ilmanvaihto on toteutettu kahdella ilmanvaihtokoneella. Puhaltimet toimivat kahdella pyörimisnopeudella. Päivisin koneet toimivat täydellä nopeudella ja yöaikaan puolinopeudella ja osittain vain toisen koneen voimin. Poistoilman lämmöntalteenottoa hoidetaan ilmanvaihtokoneissa olevilla lämpöputkipattereilla ja lämpöpumppujärjestelmillä. Lämpöpumput siirtävät poistoilman lämpöenergiaa tuloilman lisäksi allasveteen ja käyttöveteen. Näiden lisäksi on rakennettu erillinen regeneratiivinen virtausta vaihtava järjestelmä, jonka toimivuus oli tutkimushetkellä huono. Laitteen jäätymistä esiintyy huoltohenkilökunnan mukaan vain alhaisimmilla lämpötiloilla (alle -20 C). Ilmanvaihtolaitteisiin kuuluu kiertoilmajärjestelmä, mutta sen säätöpellit oli ensimmäisellä mittauskerralla otettu pois käytöstä. Toisella mittauskerralla kiertoilmapellit oli korjattu, mutta niiden ohjaus ei toiminut kunnolla. Lepoaikana allashuoneen ilman kuivumista estettiin ennen ilmanvaihdon pienentämisellä kiertoilmakäytön sijaan. Allashuoneen ilmankosteus laski huomattavasti yöaikaan. Korjattujen kiertoilmapeltien tarkoitus on estää liiallista kuivumista yöaikaan, mutta väärin säädetyn automatiikan vuoksi käytön aikainen allashuoneen kosteus ja lämpötila nousivat liian suureksi. LTO-laitteen kiertoilmapelti havaittiin myöhemmin jääneen auki asentoon ja se suljettiin manuaalisesti, jolloin olosuhteet paranivat hieman. Ilmanvaihtokoneita ohjaava tietokone saa tietoa ilman lämpötilasta ja kosteudesta allashuoneessa ja poistoilmakanavistossa olevilta antureilta. (kuvat 4.2 ja 4.)

19 19 Kuva 4.2. Allashuoneen ilmanvaihtokoneiden periaatepiirros Kuva 4.. Lämpötila- ja kosteusanturit poistoilmakanavassa

20 20 Allashuoneesta poistetaan ilmaa vain poistotornin kautta (kuva 4.4), josta poistoilma jakautuu molemmille ilmanvaihtokoneelle. Poistotorniin ilma pääsee sen päästä ja kyljessä olevasta säleiköstä. Tuloilmaa allashuoneeseen tuodaan ikkunoiden alla ja lasten altaan penkissä olevista säleiköistä. (kuva 4.5) Suurin osa tuloilmalähteistä on huomattavan korkealla, joten oleskelukorkeudelle tuloilmaa tulee suoraan vähän. Ilman sekoittumista on pyritty jälkikäteen lisäämään kahdella kattoon asennetulla puhaltimella. Allashuoneen lämmitys hoidetaan tuloilmalla. Kuva 4.4. Poistoilmatorni alhaalta päin

21 Kuva 4.5. Kylpylän pohjapiirustus. Nuolilla merkitty on tuloilmasäleiköt. 21

22 22 5 MITTAUKSET Mittaukset tehtiin pääsääntöisesti yöaikaan käytön aikaisia mittauksia lukuun ottamatta. Jokaista vesilaiteryhmää käytettiin yöllä 2- tunnin ajan, jonka lopussa tehtiin kyseisen ryhmän mittaukset. Taulukosta 5 nähdään jokaiseen laiteryhmään kuuluvat vesilaitteet. Taulukko 5.1. Taulukossa esitetty jokaiseen ryhmään kuuluvat vesilaitteet. VESILAITTEET Ryhmä 1 Ryhmä 2 Ryhmä vesiliukumäki vesiputous vesisieni vesiverho hierontalaitteet virtaava joki 5.1 Ilmavirtamittaukset Ilmavirtamittaus suoritettiin kuumalanka-anemometrillä ns. monipistemenetelmällä mittaamalla kanavista monesta mittauspisteestä mahdollisimman luotettavan tuloksen saamiseksi. Jokaisesta kanavasta mitatuista arvoista laskettiin keskiarvo, jota laskelmissa käytettiin. Mittalaitteella otettiin myös jokaisesta mittauskohdasta noin 15 sekunnin keskiarvo. Poistoilmavirrat mitattiin kahdesta konehuoneessa olevasta kanavasta, eikä ilman todettu pyörteilevän mittauspisteessä merkittävästi. Mittauspisteet valittiin siten, että virtaukseen vaikuttavia käyriä tai esteitä ei olisi lähellä. Tuloilmavirrat mitattiin kuudesta eri kanavasta, jotka lähtivät ilmastointi koneen jälkeen olevalta jakolaatikolta ja ne pyrittiin mittaamaan paikoista, joissa on mahdollisimman vähän virtaukseen vaikuttavia tekijöitä. Osa kanavista oli kuitenkin niin hankalissa paikoissa, että oli mitattava sieltä mistä pystyttiin menemään. Ilmavirtoja ei pystytty mittaamaan säleiköiltä niiden korkean sijainnin ja suuren lukumäärän vuoksi. Ilmavirtamittaukset tulo- ja poistokanavista tehtiin kahteen kertaan mittausvirheen mahdollisuuden poissulkemiseksi, koska saadut tulokset erosivat huomattavasti ilmanvaihtokoneen puhaltimien ilmoitetusta ilmavirrasta. Toisessa mittauksessa tulokset olivat samansuuruiset kuin ensimmäisessä mittauksessa. (liitteet A - C)

23 2 5.2 Kosteusmittaukset Allashuoneen kokonaishaihdunnan selvittämiseksi oli mitattava tulo- ja poistoilmakanavista ilman lämpötila ja kosteus, josta voitiin laskea vesihöyryvirrat. Kanaviin laitettiin kosteutta ja lämpötilaa tallentavat dataloggerit. Allashuoneen ilman todettiin olevan kerrostunutta, joten loggereiden antamien arvojen käyttäminen laskelmissa vääristää tuloksia. (liitteet 6A - 6C) Ilman olosuhteet allashuoneessa oli myös selvitettävä, joten allashuoneessa mitattiin 7-8 pisteestä ilman lämpötila ja kosteus jokaisessa käyttötilanteessa. Jokaisessa pisteessä annettiin mittarin tasaantua ja tulokset kirjattiin ylös arvojen tasaannuttua. (liitteet - 5) Altaiden veden lämpötilat mitattiin samalla kerralla. Kuvassa 5.1 on esitetty allashuoneen absoluuttisten kosteuksien jakautuminen. Mittauspisteet on esitetty liitteessä 7. Kuva 5.1 Käytön aikaiset allashuoneen kosteudet.

24 24 Pesuhuoneissa tehtiin yksi kosteus- ja lämpötilamittaus, koska oletettiin, että pesuhuoneiden olosuhteita ei tarvita laskelmissa. Myöhemmin kävi kuitenkin ilmi, että pesuhuoneiden olosuhteet olisi pitänyt mitata useammin, joten tarkistettiin niiden pysyneen lähes muuttumattomina kylpylän rakennusautomaation valvontatietokoneelta. 5. Mittarit Kylpylän ilmavirtamittauksissa käytettiin KIMO VT100 kuumalanka-anemometria. (kuva 5.1) Mittarilla voidaan mitata ilman virtausnopeutta ja lämpötilaa. Keskiarvon mittaus halutulta aikaväliltä on myös mahdollista. Mittauksissa käytettiin jokaisessa kohdassa noin 10 sekunnin keskiarvoa. Valmistaja lupaa mittaustarkkuudeksi alle m/s nopeudessa ± 0,01 m/s ja suuremmissä nopeuksissa ± 0,1 m/s. Lämpötila mittauksessa tarkkuus on ± 0,1 C. (KIMO Instruments www-sivut, ) Kuva 5.2 KIMO VT100

25 25 Ilmanvaihtokoneiden paine-eromittauksissa käytettiin kuvassa 5.2 olevaa TSI 885 mittaria. Paine-eromittaukset suoritettiin kumiletkuilla, jotka laitettiin koneeseen haluttuihin kohtiin. Mittari ilmoittaa mitatun välin paine-eron. Valmistajan ilmoittama tarkkuus paine-ero mittauksissa on ± 1 Pa. (TSI Incorporated www-sivut, ) Kuva 5.. TSI Velocicalc Plus 885 Kosteus- ja lämpötilamittaukset tulo- ja poistokanavissa tehtiin KIMO:n valmistamilla KH 200 ja KTH 00 dataloggereilla (kuva 5.). Dataloggerit ohjelmoitiin tietokoneella, joka kytkettiin mittalaitteisiin USB -kaapelilla. Tietokoneella voitiin ohjelmoida mittauksen kesto, mittaus- ja tallennusväli. Tallennetut tiedot purettiin tietokoneella, jolla arvot saatiin siirrettyä suoraan excel ohjelmaan. Laitteiden reagointiajoissa oli eroja, joten se vaikeutti mittauksia. Mittaustarkkuudeksi valmistaja ilmoittaa molemmille laitteille ± 0,1 C ja ± 0,1 %RH. (KIMO instruments wwwsivut, )

26 26 Kuva 5.4. KIMO KH 200 ja KTH 00. Kylpylän allashuoneen kosteus- ja lämpötilamittauksissa käytettiin Vaisalan valmistamaa kannettavaa HMI 41 kosteusmittaria (kuva 5.4). Mittari oli uusi ja se oli kalibroitu juuri ennen mittauksia HMP 42 mittapään kanssa. Mittari ilmoittaa suoraan ilman lämpötilan ja suhteellisen kosteuden, joten suhteellisen kosteuden selvittämiseksi ei tarvinnut mitata erikseen märkä- ja kuivalämpötilaa. Valmistaja ilmoittaa mittausten tarkkuudeksi ± 0,1 C ja ± 0,1 %RH. (Vaisala Oyj www-sivut, ) Kuva 5.5. Vaisala HMI 41 näyttölaite ja HMP 42 mittapää.

27 Mittareiden vertailu Mittareiden vertailu suoritettiin ennen mittauksia vertailemalla niitä toisiin laitteisiin samoissa olosuhteissa, jotta mittaustulokset olisivat mahdollisimman luotettavia. Kosteutta rekisteröivien laitteiden tuloksia verrattiin myös kylpylän ilmastointikoneiden rakennusautomaatiojärjestelmän arvoihin. Vertailu tehtiin siitä huolimatta, että KIMO-mittareiden kalibroinnit olivat voimassa ja niistä oli todistukset. Kosteusmittareiden vertailu suoritettiin tasaisissa olosuhteissa kylmälaukussa ja saatuja tuloksia verrattiin kuiva- ja märkälämpötilasta laskettuihin kosteuksiin, joka todettiin luotettavaksi menetelmäksi. Vertailu suoritettiin myös kylpylässä, jossa kaikki kosteusmittarit laitettiin poistoilmakanavaan ja tuloksia verrattiin toisiinsa. Vertailulla saatiin selville mittareiden väliset korjausarvot, koska lukemat mittareiden välillä poikkesivat hieman. Ongelmana olivat mittareiden poikkeavat reagointiajat, joka vaikeutti korjausarvojen määrittämistä. Yksi kolmesta kosteutta tallentavasta mittarista todettiin epäluotettavaksi, joten päätettiin käyttää mittauksissa kahta laitetta. Toisella mittausmatkalla allashuoneen kosteusmittaukset suoritettiin Vaisalan valmistamalla mittarilla, joka oli juuri kalibroitu ja se todettiin luotettavaksi toisiin mittareihin verrattuna. Lämpömittareille suoritettiin edellisen kaltainen vertailu ja ne todettiin luotettaviksi. Vertailu suoritettiin vertaamalla tuloksia eri lämpötiloissa elohopeamittariin. Ilmamäärämittauksissa käytettyä, kuumalanka-anemometrillä varustettua KIMO vt100 mittaria, verrattiin Satakunnan ammattikorkeakoulun LVI-laboratoriossa kuumalanka-anemometrimittariin ja pitot-putkella varustettuun mittariin. Vertailu suoritettiin laboratorion kanaviston puhaltimen imupuolelta seitsemällä eri virtausnopeudella. Paine-ero mittaukseen perustuvaa pitot-putkella varustettua mittaria pidetään yleisesti luotettavana, mutta käyttöohjeiden mukaan se toimii parhaiten vasta yli 5 m/s nopeuksissa, johon tässä vertailussa käytetyllä laitteistolla ei päästy. Vertailuarvot vt100 -mittarissa olivat hieman poikkeavia toisten mittareiden arvoihin verrattuna, jotka olivat lähes samankaltaisia.

28 28 Paine-ero mittauksissa käytettyä TSI:n valmistamaa mittaria verrattiin samassa vertailussa KIMO vt100 mittarin kanssa ja se todettiin luotettavaksi. 5.5 Laskelmissa käytetyt kaavat Kylläisen vesihöyryn osapaineen laskemiseen käytettiin kaavaa 2. p hs 77,45+ 0,0057* T 725 / T ) ( e = (2) 8,2 T T on lämpötila [K] (Seppänen ym. 1996, 188) Vesihöyryn osapaineen laskemiseen käytettiin kaavaa. p = ϕ () h p hs φ on suhteellinen kosteus (Seppänen ym. 1996, 188) Ilman absoluuttisen kosteuden (sekoitussuhde) laskemiseen käytettiin kaavaa 4. x =, 6220 p n 0 (4) p p n p on ilmanpaine, käytettiin Pa (Seppälä ym. 2004, 15) Ilman tiheyden laskemiseen käytettiin kaavoja 5 ja x p ρ = * (5) 0,622 + x R T h * R h on vesihöyryn kaasuvakio 461,5 J/K ρ ρ k = (6) 1 + x

29 29 Ilman massavirran laskemiseen käytettiin kaavaa 7. q = ρ (7) m q v k q v on ilman tilavuusvirta [m /s] ρ k on ilman tiheys [/m ] (Seppänen ym. 1996, 04) Ilman kuljettaman vesihöyryvirran laskemiseen käytettiin kaavaa 8. q = q x (8) m vh m 8 Allashuoneen kokonaishaihdunnan laskemiseen käytettiin kaavaa 9. q = q q + q (9) mw mvh( poisto) mvh( tulo) mvh( ulkoilma) Haihduntakertoimen laskentaan käytettiin kaavaa 10. qmw ε = (10) A p p ) ( hs h q mw on allashuoneen kokonaishaihdunta [gh 2 O/h] A on uima-altaan pinta ala [m 2 ] P hs on kylläisen vesihöyryn osapaine allasveden lämpötilassa [hpa] P h on ilman vesihöyryn osapaine [hpa] (VDI ,6)

30 0 6 MITTAUSTULOKSET Työn tarkoituksena oli selvittää allashuoneesta haihtuvan vesihöyryn määrä eri käyttötilanteissa ja määrittää kokemusperäinen haihduntakerroin ε jota tarvitaan kylpylöiden allashuoneiden ilmanvaihdon ja kosteudenpoiston mitoittamiseksi. Haihduntakertoimen määrittämiseksi on tiedettävä allashuoneeseen tulevan ja sieltä poistuvan ilman määrä, niiden kosteussisältö sekä allashuoneen tilavuus ja sen ilman olosuhteet. Ilmavirrat mitattiin kuumalanka-anemometrillä ja ilman olosuhde kanavaan laitettavilla dataloggereilla. Dataloggereiden mittausvälinä käytettiin yhtä minuuttia ja tallennusvälinä kolmea minuuttia. Ilman olosuhteet eli lämpötila ja suhteellinen kosteus mitattiin eri kohdista allashuonetta. Allasveden lämpötilat mitattiin samalla hetkellä. Mittaukset suoritettiin yöllä, käytön aikaisia mittauksia lukuun ottamatta. Molempien ilmanvaihtokoneiden tulo- ja poistopuhaltimet tuottavat tyyppikilven mukaan kukin 5 m /s eli poistoilmaa yhteensä 10 m /s ja tuloilmaa yhteensä 10 m /s. Ilmavirtamittausten mukaan todellinen tuotto on huomattavasti pienempi. Mittausten mukaan allasosastolle tulee tuloilmaa noin 4, m /s. Allasosaston poistoilmavirta

31 1 mittausten mukaan oli noin 7,6 m /s. Mittausmenetelmien ja mittalaitteiden epätarkkuuskaan ei selitä näin suurta eroa. Tuloilman mittaukset tehtiin kuudesta eri kanavasta ja poistoilman mittaukset kahdesta kanavasta, joiden todettiin olevan tiiviit, eikä mittaustulokseen vaikuttavaa ilman pyörteilyä havaittu. Mittalaite oli tarkastettu vertaamalla sitä muihin laitteisiin ja kalibrointi oli voimassa. Virhettä mittauksissa ei voida näin ollen pitää todennäköisenä. Puhaltimille tehtiin myös paine-eromittaukset, joiden perusteella pyrittiin puhallinkäyrän perusteella selvittämään ilmavirrat, mutta käyristäkään ei saatu todenmukaisia tuloksia. Puhaltimiin oli ilmeisesti tehty muutoksia tai valmistajalta tyyppikilven mukaan pyytämämme puhallinkäyrät olivat väärät. Suuri tulo- ja poistoilmavirtojen erotus tekee allashuoneen alipaineiseksi. Suurta alipaineisuutta ei kuitenkaan todettu, koska esimerkiksi ovia avatessa ei tuntunut mainittavaa vetoa. Puuttuvan tuloilman pääteltiin tulevan pesuhuoneista tai ulkoa rakennuksen vaipassa olevista rei istä. Jos ilma tulisi kokonaan pesuhuoneista, pesuhuoneiden oviaukoissa tulisi tuntea huomattavaa ilman virtausta. Päädyttiin johtopäätökseen, että ilma tulee ulkoa ja pesuhuoneista 12 % /88 % suhteessa, jota laskelmissa on käytetty. Tätä ongelmaa ei saatu luotettavasti ratkaistua, joten laskelmia ei voida pitää täysin luotettavina. Jokaisessa laskelmassa on käytetty samaa ilmavirtaa. Mittaushetkellä molemmat ilmanvaihtokoneet kävivät täydellä teholla. Kanavien kosteus- ja lämpötila-arvoina on käytetty kyseisen mittausjakson tulosten viimeisen puolen tunnin keskiarvoa. Näin voitiin olettaa olosuhteiden olevan mahdollisimman tasaantuneita. Laskelmissa on käytetty kylläisen vesihöyryn arvona altaan yläpuolella valvojan kopin luona mitattua arvoa ja lasten altaan kohdalla lasten altaan reunalta mitattua arvoa. Allashuoneen mittaukset tehtiin mittausjaksojen loppupuolella, jotta ilman olosuhteet olisivat mahdollisimman tasaantuneet. Ulkoilman ja pukuhuoneiden ilman olosuhteet on mitattu yöllä vain kertaalleen, mutta ne todettiin olevan stabiilit. Ulkoilman ja pesuhuoneiden ilman kosteussisältö on melko pieni, joten pienten muutosten vaikutus laskujen tuloksiin on pieni. Edellä

32 2 mainittuja olosuhteita tarvittiin laskelmissa, koska oletettiin osan allashuoneen tuloilmasta tulevan pukuhuoneista ja ulkoa. Vesilaitteita ei voitu käyttää yksitellen, vaan ne kävivät kolmessa eri ryhmässä. Jokaisen yksittäisten laitteen aiheuttamaa haihduntaa ei tämän vuoksi voitu laskea. Laitteiden yksittäinen käyttäminen olisi vaatinut muutosta niiden ohjelmointiin ja kylpylän henkilökunnan avustusta, joka ei tämän tutkimuksen tekemisessä ollut mahdollista Liitteessä 1 on esitetty yhden mittauskerran laskelmat. 6.1 Käytön ajan mittaukset Tutkimuksessa käytetyt käytön aikaiset mittaukset suoritettiin kylpylässä kello 18 jälkeen. Mainittuna ajankohtana uimareita oli paljon, mutta ei kuitenkaan maksimimäärää. Haihdunta oli siis suurta, mutta ei haihdunnan kannalta maksimitilanne. Allashuoneen ilmanvaihtokoneet toimivat täydellä teholla, kuten aina käytön aikana uimareiden määrästä riippumatta. gh Haihduntakertoimeksi ε saatiin 27,6 (liite 2A) Suuntaa-antava vapaa-ajan 2 m hpah gh kylpylän kylpyajan haihduntakerroin on 28, joten tulos on hyvin lähellä sitä. Laskettu haihduntakerroin on hieman korkeampi, kun allashuoneessa on maksi- 2 m hpah mimäärä kylpijöitä. Kaikki vesilaitteet olivat mittaushetkellä käynnissä normaalisti, joten lisää haihduntaa voivat aiheuttaa vain ihmiset. Muutamien ihmisten aiheuttama lisähaihdunta on kuitenkin melko pientä. Käytön ajan haihduntakerroin laskettiin myös käyttämällä puuttuvun tuloilman suhteena ulkoilma 8 %/pesuhuoneilma 92%. Haihduntakertoimeksi tällä suhteella saatiin 25 m gh 2 2 O hpah

33 6.2 Lepoajan mittaukset Lepoajan mittauksissa allashuoneen ilmanvaihtokoneet kytkettiin käymään täydellä teholla manuaalisesti, jotta ilmavirrat olisivat vakiolliset ja tulokset olisivat vertailukelpoisia toisiin tuloksiin verrattaessa. Lepoajan mittaukset suoritettiin kello 05 eteenpäin, jolloin allashuoneen olosuhteiden todettiin dataloggereiden kosteus- ja lämpötilakäyrien perusteella olevan tasoittuneet. Laskelmissa käytettiin allashuoneen olosuhteina kylpylän valvontatietokoneen antamia arvoja, koska siltä hetkeltä ei ollut omia mittauksia. Valvontatietokoneen mittausarvoja verrattiin muissa mittauksissa käytettävien mittalaitteiden antamiin arvoihin. Valvontatietokoneen mitta-anturi sijaitsee valvojankopin luona, samassa paikassa, josta muissa laskelmissa mitatut arvot mitattiin. gh Lepoajan haihduntakertoimeksi saatiin 9,8 (liite 2B). Ohjearvon mukaan 2 m hpah gh virkistyskylpylän lepoajan haihduntakerroin tulisi olla noin 5. 2 m hpah 6. Ryhmän 1 mittaukset Ryhmällä 1 tarkoitetaan vesilaitteita, joita käyttää sama pumppu. Ryhmään 1 kuuluu vain vesiliukumäki, jonka tulee olla käynnissä käytön aikana jatkuvasti. Vesiliukumäen aiheuttamaa haihduntaa ei tutkimuksessa määritetty erikseen, vaan se kävi samaan aikaan ryhmän kanssa. gh Ryhmien 1 ja käydessä yhdessä haihduntakertoimeksi saatiin 14, 2 m hpah gh 2E), joka on hieman suurempi kuin ryhmän haihduntakerroin 1,1 2 m hpah 2D). Tästä voidaan todeta vesiliukumäen vähäinen vaikutus haihduntaan. (liite (liite

34 4 Kuva 6.1. Vesiliukumäki 6.4 Ryhmän 2 mittaukset Pumpun tuottama vesivirta ohjataan eri laitteille moottoriventtiilien kautta. Vesilaitteet toimivat tietyn mittaisen jakson ajan kerrallaan. Ryhmään 2 kuuluvat vesiputous ja verho, jotka käyvät vuorotellen kahden minuutin jaksoissa. Ryhmän 2 mittaukset aloitettiin heti kylpylän sulkeutumisen jälkeen kello 21 jälkeen, koska ne aiheuttivat eniten ääntä, joka häiritsee välittömässä läheisyydessä olevan hotellin asukkaita. Vesilaitteiden annettiin käydä noin kaksi tuntia olosuhteiden tasaantumiseksi, jonka jälkeen tehtiin mittaukset allasosastolla. Mittaustuloksia saattoi häiritä allashuoneen välttämätön siivous, joka aiheutti altaiden ympäristön kastumisen.

35 5 Kuva 6.2. Vesiputous Ryhmän 2 haihduntakertoimeksi saatiin 27,9. Saatu arvo on erittäin suuri, sillä käytön aikainen ohjeellinen haihduntakerroin on 28 ja silloin kaikki vesilaitteet gh 2 m hpah ovat käynnissä ja altaissa on uimareita vettä sekoittamassa.(liite 2C) Tämän takia laskettua arvoa ei voida pitää luotettavana, mutta johtopäätöksenä siitä voidaan todeta vesiputousten ja verhojen aiheuttavan runsaasti haihduntaa. Allashuoneen siivouksella voidaan todeta olleen suuri vaikutus saatuun haihduntakertoimeen. 6.5 Ryhmän mittaukset Ryhmän pumppu tuottaa vesivirran vesisienelle, neljälle hierontapisteelle ja virtaavalle joelle. Ryhmässä on 18 minuutin ohjelma, jonka aikana kaikki laitteet toimivat tietyn ajan. Ohjelma on jaksotettu siten, että ensin käynnissä ovat virtaava joki ja yksi hierontapiste. Toisessa vaiheessa on käynnissä vesisieni ja kolme hierontapistettä.

36 6 Kuva 6.. Vesisieni. Ryhmän mittaukset suoritettiin 14.2 kello ja välillä yöllä. Laitteiden annettiin käydä ennen mittausta kaksi tuntia olosuhteiden tasaantumiseksi edellisen ryhmän jälkeen. gh Haihduntakertoimeksi saatiin 1,1 (liite 2E), jota voidaan pitää todenmukaisena verrattaessa saatuihin lepoajan ja käytön ajan 2 m hpah haihduntakertoimiin.

37 7 7 YHTEENVETO 7.1 Yhteenveto tuloksista Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kylpylän allashuoneen vesivirkistyslaitteiden vaikutusta altaista haihtuvan vesihöyryn määrään. Mittausten perusteella laskettiin ns. Daltonin kaavalla käytön ajan, lepoajan ja eri vesilaitteiden haihduntakertoimet ε. Taulukossa 7.1 on esitetty yhteenveto laskelmista saadut haihduntakertoimet. Tuloksia voidaan verrata vain käytön ajan ja lepoajan tilanteen osalta VDI mitoitusohjeen suosituksiin, koska tässä tutkimuksessa haihduntakerroin määritettiin eri laitteille vain laiteryhmien osalta, joten yksittäisen laitteen haihduntakerrointa ei voida selvittää. Tulevaisuudessa olisikin hyvä selvittää haihduntakertoimet jokaiselle laitteelle erikseen, jolloin niitä voitaisiin myös verrata muihin mitoitusohjeisiin. Ryhmien 1 ja laskettuja haihduntakertoimia voidaan pitää suuntaa-antavina, mutta ryhmän 2 tuloksessa ihmetystä aiheutti se, että haihduntakerroin on jopa suurempi kuin käytön aikainen arvo, mikä ei pitäisi olla mahdollista. Käytön ajan haihduntakertoimen pitäisi olla hieman pienempi, koska mittaushetki ei ollut käytön maksimitilanne. Taulukko 7.1 Mitatut ja VDI-mitoitusohjeen haihduntakertoimet Haihduntakertoimet Lasketut arvot (gh/m2hpah) VDI -mitoitusohjeen arvot (gh/m2hpah)

38 8 Käytön aika 27,6 28 Lepoaika 9,8 5 Ryhmä 2 27,9 Ryhmä 1,1 Ryhmä , 7.2 Johtopäätökset Mittauksissa ongelmaksi osoittautui tulo- ja poistoilmakanavista tehdyt ilmavirtamittaukset. Varmaa ratkaisua puuttuvalle tuloilmalle selvityksistä huolimatta ei onnistuttu löytämään, joten puuttuvan ilman määrää, lähdettä ja olosuhdetta jouduttiin arvioimaan. Tämän takia tutkimuksen tuloksia ei voida pitää täysin luotettavina. Allashuoneen ilma on lämpötila- ja kosteusmittausten perusteella kerrostunut. Altaiden tasolla ilman lämpötila oli mittausajankohtana noin 1 C ja noin viisi metriä korkeammalla vesiliukumäen ylätasanteella lämpötila oli jopa yli 6 C. Ilman kerrostumisen syynä voi olla ilmanvaihdon tehottomuus. Kerrostumiseen saattaa vaikuttaa myös se, että suuri osa tuloilmasta menee suoraan poistoilmatorniin. Tuloilmasäleiköistä suuri osa sijaitsee hyvin korkealla, joten iso osa lämpimästä tuloilmasta ei pääse alas altaiden tasolle. Kanavista mitatut ilman absoluuttiset kosteudet osoittavat tulo- ja poistoilman kosteuksien olevan hyvin lähellä toisiaan, mutta selvästi matalampia kuin allasosastolta mitatut absoluuttiset kosteudet, joka aiheuttaa laskelmiin epätarkkuutta. Tämä johtuu osittain ilmanvaihtojärjestelmän automatiikasta, joka yöaikaan käyttää huomattavasti kiertoilmaa. Se myös vahvistaa oletusta jonka mukaan osa tuloilmasta menee suoraan poistoilmatorniin. Tutkimusta ei voida pitää täysin onnistuneena, mutta saatuja tuloksia voidaan verrata myöhemmin tehtäviin tutkimuksiin. Tämän tutkimuksen ylitsepääsemättömäksi ongelmaksi muodostui tutkimuskohteena olleen kylpylän ilmanvaihdon ja sen ohjausjärjestelmien heikko toiminta. Osa virheistä on tehty jo kylpylän suunnitteluvaiheessa. Tutkimus voisi onnistua paremmin kohteessa, jossa edellä mainitut asiat olisivat kunnossa.

39 LÄHDELUETTELO 9

40 40 Alastalo S. (2006) Uimahallien ilmanvaihdon mitoitusselvitys, opinnäytetyö, Satakunnan ammattikorkeakoulu: Pori Hautala M, Peltonen H, (2002) Insinöörin (AMK) Fysiikka osa 1, Lahden Teho- Opetus Oy KIMO instruments. Esite. [viitattu ] 246&NIV=F4A1 Koivusalo, H & Kokkonen, T. Hydrologiset osaprosessit. [viitattu ] Saatavissa: Koski M, Mäkelä M, Soinne M (198) Teknillisen alan fysiikka 1, Tammertekniikka Lavonen, Meisalo & al. Olomuodot ja niiden muutokset. [viitattu ] Saatavissa: Lehtinen T., Ruuska E. & Viljanen m. (200) Uimahallien ulkovaippa ja sisäilmasto suunnittelu- ja rakentamisopas. LVI (kesäkuu 1992) Uimahallien ja virkistyskylpylöiden LVI-suunnittelu. Ohjetiedosto. Rakennustieto Mollier (i-x)-hx-diagrammi Opetusministeriö liikuntapaikkajulkaisu 84. Teknillinen korkeakoulu ja Rakennustieto Oy. Helsinki Seppälä, A., Lampinen M. J., (2004) Aineensiirto-oppi. Otatieto: Helsinki Seppänen, O., Seppänen, M., (2004) Rakennusten sisäilmasto ja LVI-tekniikka. SIY Sisäilmatieto: Espoo

41 41 Seppänen, O. (1996). Ilmastointitekniikka ja sisäilmasto. Suomen LVI-yhdistysten liitto: Helsinki Sosiaali- ja terveydenhuollon tuotevalvontakeskus. (2007) Uimahallien ja kylpylöiden sisäilmastoa ja ilmanvaihtoa koskevat terveydelliset ohjeet. TSI velocicalc Plus 886. Käyttöohje. TSI Incorporated. [viitattu ] H pdf Vaisala HMI41 ja HMP 42. Käyttöohje. Vaisala Oyj [viitattu ] 42%20suomenkielinen%20k%C%A4ytt%C%B6ohje.pdf VDI-Gesellschaft Teknische Gebäudeausrüstung (1994). VDI-Richtlinien 2089 Blatt 1. Värme-, Raumlufttechnik, Wasserver- und entsorgung in Hallen- und Freibädern, Hallenbädern: Düsseldorf LIITTEET Liite 1A Laskuesimerkit (käytön aika)

42 42 Liite 2A Liite 2B Laskut (käytön aika) Laskut (lepoaika) Liite 2C Laskut (ryhmä 2) Liite 2D Laskut (ryhmä ) Liite 2E Laskut (ryhmät 1 + ) Liite 2F Laskut (käytön aika) Liite A Liite B Liite C Mittauspöytäkirja (poistoilmavirta) Mittauspöytäkirja (poistoilmavirta) Mittauspöytäkirja (tuloilmavirta) Liite 4A Mittauspöytäkirja (kosteusmittaus, käytön aika) Liite 4B Mittauspöytäkirja (kosteusmittaus, ryhmä 2) Liite 4C Mittauspöytäkirja (kosteusmittaus, ryhmä ) Liite 4D Mittauspöytäkirja (kosteusmittaus, ryhmä 1 + ) Liite 5A Mittauspöytäkirja (kosteusmittaus, ryhmä 2) Liite 5B Mittauspöytäkirja (kosteusmittaus, ryhmä ) Liite 6A Lämpötila- ja kosteuskuvaaja (käytön aika) Liite 6B Lämpötila- ja kosteuskuvaaja (ryhmä 2)

43 4 Liite 6C Lämpötila- ja kosteuskuvaaja (ryhmä ) Liite 7 Allasosaston mittauspisteet poistoilma käytön aikana LIITE 1 Kylläisen vesihöyryn osapaine

44 44 p hs ( e = 77,45+ 0,0057* T 725 / T ) T 8,2 Poistoilman lämpötila 6,1 C = K p 77,45+ 0,0057*09,25 K 725 / 09,25K ) ( e = = 5957 Pa 8, 09,25 K hs 2 Vesihöyryn osapaine p = ϕ h p hs Mitattu suhteellinen kosteus 50,5% p h = 0,505*5957Pa = 008, Pa Ilman absoluuttinen kosteus (sekoitussuhde) x = 0, 6220 p n p p n 008Pa H x = 0,6220 = 0, Pa 008Pa k. i. Ilman tiheys ρ = 1+ x p * 0,622 + x Rh * T ρ = H 1+ 0,0190 k. i Pa * H J 0, , ,5 *09,25K k. i. K = 1,1 m ρ ρ k = 1 + x ρ 1,1 m k. i. k = = 1,11 H m 1+ 0,0190 k. i. Ilman massavirta qm poisto = q v ρ k

45 45 qm poisto m k. i. k. i. = *1,11 = 055 h m h Poistuva vesihöyryvirta q m = q vh( poisto) m8 poisto) x q m vh ( poisto) k. i. H O = 055 * 0,0190 h k. i. H = 581, h tuloilma käytön aika Kylläisen vesihöyryn osapaine p hs ( e = 77,45+ 0,0057* T 725 / T T 8,2 Tuloilman lämpötila 44,5 C = 17,69 K p ) 77,45+ 0,0057*17,69 K 725 / 17,69K ( e ) = = 92,29 Pa 8, 17,69 K hs 2 Vesihöyryn osapaine p = ϕ h p hs Mitattu suhteellinen kosteus,% p h = 0,* 92,Pa = 108Pa Ilman absoluuttinen kosteus (sekoitussuhde) x = 0, 6220 p n p p n 108Pa H x = 0,6220 = 0, Pa 108Pa k. i. Ilman tiheys

46 46 ρ = 1+ x p * 0,622 + x Rh * T ρ = H 1+ 0,0196 k. i Pa * H J 0, , ,5 *17,69K k. i. K = 1,10 m ρ ρ k = 1 + x ρ 1,10 m k. i. k = = 1,08 H m 1+ 0,0196 k. i. Ilman massavirta q tulo = m q v ρ k qm tulo m k. i. k. i. = *1,08 = h m h Tuleva vesihöyryvirta q q m = q vh ( tulo) m8 tulo ) x k. i. H * 0,0196 h k. i. m vh = ( tulo) H 28, h Puuttuva tuloilma ulkoa Kylläisen vesihöyryn osapaine p hs ( e = 77,45+ 0,0057* T 725 / T T 8,2 Ulkoilman lämpötila -8,5 C = 264,65 K )

47 47 p 77,45+ 0,0057*264,65K 725 / 264,65K ( e ) = = 21,4 Pa 8, 264,65 K hs 2 Vesihöyryn osapaine p = ϕ h p hs Mitattu suhteellinen kosteus 85% p h = 0,85*21,4 Pa = 27, 2Pa Ilman absoluuttinen kosteus (sekoitussuhde) x = 0, 6220 p n p p n 27,2Pa H x = 0,6220 = 0, Pa 27,2Pa k. i. Ilman tiheys ρ = 1+ x p * 0,622 + x Rh * T ρ = H 1+ 0,0027 k. i Pa * H J 0, , ,5 * 264,65K k. i. K = 1, m ρ ρ k = 1 + x ρ 1, m.. k = = 1,26 H m 1+ 0,0027 k. i. k i Ilman massavirta q tulkoa = m q v qm tulkoa ρ k m k. i. k. i *1,26 = h m h